„Pseudogravitace“ v krystalech může ohýbat světlo jako černé díry

Japonským vědcům se podařilo manipulovat se světlem, jako by bylo ovlivňováno gravitací. Pečlivým zkreslením fotonického krystalu se týmu podařilo vyvolat „pseudogravitaci“ k ohnutí paprsku světla, což by mohlo mít užitečné aplikace v optických systémech.

Jednou z podivností Einsteinovy ​​teorie obecné relativity je, že světlo je ovlivněno strukturou časoprostoru, která je sama o sobě deformována gravitací. To je důvod, proč objekty s extrémně vysokou hmotností, jako jsou černé díry nebo celé galaxie, způsobují takovou zkázu na světle, ohýbají jeho dráhu a zvětšují vzdálené objekty.

V nedávných studiích bylo předpovězeno, že by mělo být možné replikovat tento efekt ve fotonických krystalech. Tyto struktury se používají k ovládání světla v optických zařízeních a experimentech a obecně se vyrábějí uspořádáním více materiálů do periodických vzorů. Bylo teoretizováno, že zkreslení v těchto krystalech může vychylovat světelné vlny způsobem velmi podobným gravitačním čočkám v kosmickém měřítku. Tento jev byl nazván pseudogravitací.

K. Kitamura a kol

Pro novou studii tým otestoval nápad na fotonickém krystalu vyrobeném z křemíku. Pokřivili krystalovou strukturu tak, že buňky mřížky, původně jednotné na vzdálenost 200 mikrometrů, se po povrchu stále více deformovaly. Poté byl do krystalu vyslán laser se světelnými vlnami v terahertzovém rozsahu.

Zařízení mělo dva výstupní porty na opačné straně než vstupní port laseru, uspořádané tak, že jeden byl nad a jeden pod vstupem. Pokud by pseudogravitace nefungovala, laser by se pohyboval po přímce a nevyšel by žádným portem – ale v deformovaném krystalu byly světelné vlny úspěšně ohnuty směrem ke spodnímu portu.

K. Kitamura a kol

Tým říká, že tato technika by mohla být velmi užitečným způsobem manipulace se světlem v optických systémech a dalších zařízeních a mohla by být zdrojem informací pro studium související fyziky.

„Takové řízení paprsku v rovině v terahertzovém rozsahu by mohlo být využito v komunikaci 6G,“ řekl docent Masayuki Fujita, autor studie. „Akademicky zjištění ukazují, že fotonické krystaly by mohly využít gravitační efekty a otevřít nové cesty v oblasti gravitonové fyziky.“

Výzkum byl publikován v časopise Fyzický přehled A.

Zdroj: Univerzita Tohoku